人工湿地污水处理系统脱氮研究进展_黄娟

人工湿地污水处理系统脱氮研究进展Progressonthedenitrificationmechanismofconstructedwetlandsewagetreatmentsystem黄娟,王世和,鄢璐,钟秋爽,刘洋,王峰(东南大学市政工程系,江苏南京210096)摘要:系统地介绍了人工湿地去除污水中氮污染物的机理及国内外研究进展,详细阐述了影响人工湿地污水处理系统脱氮的内、外界因素,对于人工湿地污水处理工艺的推广应用提供科学依据。关键词:人工湿地;污水处理;氮Abstract:Themechanismandresearchprogressesofconstructedwetlandsewagesystemdenitrificationaresystemati-callyintroduced.Theinternalandexternalinfluencingfactorsondenitrificationefficiencyareanalyzedindetail,whichprovidesscientificbasisforapplicationofartificialwetlandsewagetreatmentprocess.Keywords:artificialwetland;sewagetreatmentsystem;nitrogen中图分类号:X703.1文献标识码:B文章编号:1009-4032(2006)05-0033-04人工湿地是一种新型的废水处理工艺,它由人工基质和生长在基质上的植物组成,形成一个独特的土壤———植物———微生物生态系统,用于净化污水,具有建造和运行费用低、维护简单、处理效果好、适用范围广、对负荷变化的适应能力强等优点,近年来在国内外已获得广泛应用。1人工湿地脱氮机理废水中无机氮作为植物生长过程中不可缺少的物质可以直接被植物摄取,合成植物蛋白质等物质,通过植物收割而从废水和湿地系统中去除。但人工湿地中的氮则主要通过微生物的硝化和反硝化而被去除。湿地床中的植物光合作用及植物茎、根系对氧的输送和传递,使根系周围的水环境依次呈好氧、缺氧及厌氧状态,相当于许多串并联的A/A/O处理单元,使得硝化、反硝化作用在湿地中同时进行。因此,与传统活性污泥法相比,人工湿地系统具有更强的脱氮能力,同时投资比A/A/O工艺更为节省,其中微生物的硝化和反硝化在氮的去除中有重要作用。图1为各种形态的有机氮和无机氮在人工湿地中的变化规律[1]。大量资料表明,人工湿地对总氮的去除率可达到60%以上。2影响湿地脱氮的内部因素在人工湿地污水净化过程中,人工基质、植物和微生物三者相互联系,互为因果,形成了一个共生系统[2],利用基质———微生物———植物的三重协调作用则可实现对废水的净化。图1人工湿地床中氮的变化规律基金项目:国家自然科学基金资助项目(50278016)332006年10月电力环境保护第22卷第5期2.1基质目前人工湿地系统广泛采用沙粒、沙土、土壤、石块为基质。一方面,基质为微生物生长提供稳定的依附表面,另一方面,基质为水生植物提供载体和营养物质。此外,基质对氮的吸附作用主要是对还原态氨氮而言。还原态氨氮十分稳定,能够被床体的活性位点所吸附,但是,潜流湿地经常使用的材料通常是惰性的,并不能提供吸附所需要的大量活性位点,因此介质吸附量在潜流砾石床湿地脱氮系统中可不予考虑[3]。2.2微生物在人工湿地污水处理时,植物根区微生物活动在脱氮过程中发挥了重要作用。2.2.1硝化菌和反硝化菌的分布人工湿地中的微生物极其丰富,为污水处理提供了足够的分解者。有关研究表明[4],人工芦苇床系统中各类微生物数量明显高于天然芦苇场,芦苇床系统根表面、根际土的细菌数量达108个/g干重,且趋于稳定,随季节变化不大。Duncan等以土壤呼吸量和反硝化酶活力(DEA)等为指标比较了人工湿地与天然湿地微生物之间的差异,发现人工湿地中DEA显著高于天然湿地,而土壤呼吸量则正好相反,天然湿地明显高于人工湿地。研究发现[5、6],人工湿地污水处理系统中亚硝化细菌的数量为103～105MPN/g土壤数量级,一般有植物系统稍高于无植物系统,从进水端到出水端数量呈现规律性递减。而每克土壤含硝化细菌在103～104MPN数量级,一般是有植物系统稍高于无植物系统,湿地床层中后部高于前部。污水处理系统中反硝化作用受到硝态氮含量的影响,反硝化细菌数量在104～106MPN/g土壤之间,总体上说,床层的中后部数量高于前部,有植物系统与无植物系统未见显著差异。研究发现,人工湿地中微生物的垂直分布也呈现一定的规律,即微生物的数量随着土层的加深逐渐减少。2.2.2微生物对含氮污染物的降解作用细菌在污水净化过程中起到巨大作用,它能使复杂的含氮有机物转化成可供植物和微生物